數(shù)字電源之我見（1）典型控制系統(tǒng)框圖

時間：2022-09-20 11:19:37

關(guān)鍵字：電壓模式BUCK電路數(shù)字電源

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[導(dǎo)讀]本文以電壓模式BUCK電路為例，從數(shù)字電源的基本原理說起，先介紹一下數(shù)字控制的系統(tǒng)框圖，從信號流的角度去概括性的描述每一個模塊的主要作用，如圖1所示。

本文以電壓模式BUCK電路為例，從數(shù)字電源的基本原理說起，先介紹一下數(shù)字控制的系統(tǒng)框圖，從信號流的角度去概括性的描述每一個模塊的主要作用，如圖1所示。

圖1 數(shù)字控制電源的系統(tǒng)框圖

一般而言，對于開關(guān)電源來說，我們控制的目標是輸出電壓（或者輸出電流）Vo(t),那么，類似于在模擬電源中，首先對輸出電壓進行信號調(diào)理分壓，以便將這個電壓處理為一個接近基準電壓的值，這部分模塊我們用H(s)來表示，得到Vs(t)信號。

Vs(t)電壓進入芯片之后，會進行一個模數(shù)轉(zhuǎn)換過程，即采用芯片內(nèi)部的ADC模塊將模擬電壓Vs(t)轉(zhuǎn)化為一系列離散的數(shù)字序列，Vs*[k],這里的ADC具有一定的采樣周期T,及相應(yīng)的分辨率（如12bit對應(yīng)4095），信號采樣后的形式為Vs[k].

一般而言，tk代表每一個采樣時刻，那么，采樣時刻對應(yīng)的模擬采樣電壓值為Vs(tk),數(shù)字化的采樣電壓為Vs*[k],Vs(tk)通過ADC轉(zhuǎn)化后得到Vs*[k].

這里我們討論一個典型的問題，ADC的采樣周期一般會設(shè)置為多少呢？通常，我們會把ADC的采樣周期T設(shè)為PWM開關(guān)的開關(guān)周期Ts，

這樣把ADC采樣過程和開關(guān)過程就同步起來了，會有什么好處呢？由于采樣周期和開關(guān)周期相同，那么采樣頻率也就等于開關(guān)頻率，所以，在每一個開關(guān)周期內(nèi)，采樣總是發(fā)生在同一個固定的位置。

此時，有人說是否可以把ADC的采樣頻率設(shè)為高于開關(guān)頻率而有助于減小控制延時呢？這一點我們后面會進行探討。

接下來，采樣后的值Vs*[k]會和內(nèi)部的數(shù)字控制參考Vref來比較產(chǎn)生控制誤差e[k],這個控制誤差就會被芯片內(nèi)的數(shù)字補償器所計算，每一個開關(guān)周期產(chǎn)生一個數(shù)字控制命令u[k]。

最后，計算出來的數(shù)字命令u[k]，會傳輸給芯片內(nèi)部的數(shù)字PWM模塊即DPWM，通過它調(diào)制出一個正比于數(shù)字命令u[k]的脈沖信號c(t)。一般地，這個信號會在開關(guān)周期之初被Latch住，以避免在周期內(nèi)功率開關(guān)的占空比會多次變化。如圖所示，根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖信號c(t)以及功率電路要求的PWM輸出模式，芯片會產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動脈沖信號組合，這里圖示為同步buck電路，所以會產(chǎn)生一組互補驅(qū)動脈沖，主開關(guān)的占空比就是c(t)。